(57)【要約】【課題】  走行中の鉄道車両等において現在位置を正確に計測する位置情報取得装置及び鉄道車両を提供する。【解決手段】  位置情報取得装置１００の位置特定装置１５０は振り子装置２００から鉄道車両の位置情報の取得要求を受け、ＧＰＳ１１０と、ヨーレートセンサ１２０と、回転数積算装置１３０とから得られるデータに基づいて現在位置の座標を得て、当該座標の近傍で地磁気センサ１４０の検知結果に最も近い座標を軌道情報データベース１６０から読み出し、振り子装置２００へ出力する。【選択図】  図１
2006101578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道上を走行する車両の現在位置を得る位置情報取得装置であって、
前記車両の仮の現在位置情報を求める位置特定手段と、
地磁気を検知して前記車両の進行方向を示す方位情報を出力する地磁気センサと、
軌道上の任意の位置に対応して方位に関する情報を格納する軌道情報データベースと、
前記地磁気センサから得た前記方位情報と、前記軌道情報データベースとに基づいて前記仮の現在位置情報を補正する補正手段と
を具備することを特徴とする位置情報取得装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記軌道情報データベースをアクセスして前記仮の現在位置情報が示す位置から所定の範囲内にあり、前記方位情報に最も近い方位に対応する位置を得る検索手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の位置情報取得装置。
【請求項３】
前記地磁気センサは３軸方向に関する磁界の大きさを計測して方位情報を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置情報取得装置。
【請求項４】
振り子装置を備える鉄道車両であって、
前記鉄道車両の仮の現在位置を求める位置特定装置と、
前記鉄道車両に設置され、所定の軸方向の磁界の大きさを検知する地磁気センサと、
前記地磁気センサが得た磁界の大きさに基づき、前記鉄道車両の進行方向に関する情報である進行方向情報を得る計算手段と、
前記進行方向情報に基づいて前記位置特定装置が求めた仮の現在位置を補正する補正手段とを具備し、
前記振り子装置は、前記補正手段により補正された前記鉄道車両の現在位置に基づいて前記車両を傾斜させる
ことを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中の鉄道車両等の現在位置を計測する位置情報取得装置及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両がカーブ等の曲線を通過するときの遠心力を打ち消すために、軌道に曲線の内側方向の傾斜であるカントを付けることがある。しかし、鉄道車両が高速で運転される場合にはカントだけでは遠心力をうち消せなくなくなることがある。この点に関して、鉄道車両の高速化及び乗り心地の向上のための技術として、振り子式車両がある。
【０００３】
この振り子式車両は、鉄道車両がカーブ等の曲線通過時に車体を傾斜させるものである。さらに、この振り子式車両の効果を一層高いものとする技術として、軌道の位置情報を鉄道車両自身が検知し、曲線進入前から徐々に車体を傾斜させ、曲線から離れる際に揺れ戻す振り子制御方式が採用されている。
【０００４】
振り子制御方式の鉄道車両への適用のためには、鉄道車両自身がどこを走行しているのかを表す位置情報が必要である。従来の技術では、この位置情報の取得のためにＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）から得られる情報や、ヨーレートセンサから得られる角加速度情報、あるいは、回転数積算装置から得られる走行距離情報を統合的に利用している。
【０００５】
しかし、従来の技術で使用する情報は、例えばＧＰＳであればトンネル内において使用できない、回転積算装置であれば車輪の空転が発生した場合に誤差を生じる、あるいは、ヨーレートセンサにもセンサ自身の誤差がある、といった点から、必ずしも正確な位置情報が得られない問題点があった。
【０００６】
この問題点に関連して、特許文献１では鉄道軌道における曲線形状データ取得装置を開示しているが、この技術は軌道の局率やカント等のデータを得るための技術であり、上述の問題点を解決するものではない。
【特許文献１】特開２００２−１９５８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、走行中の鉄道車両等の現在位置を正確に計測する位置情報取得装置及び鉄道車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は前述の課題を解決するためになされたもので、請求項１の発明は、軌道上を走行する車両の現在位置を得る位置情報取得装置であって、前記車両の仮の現在位置情報を求める位置特定手段と、地磁気を検知して前記車両の進行方向を示す方位情報を出力する地磁気センサと、軌道上の任意の位置に対応して方位に関する情報を格納する軌道情報データベースと、前記地磁気センサから得た前記方位情報と、前記軌道情報データベースとに基づいて前記仮の現在位置情報を補正する補正手段とを具備することを特徴とする位置情報取得装置である。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の位置情報取得装置であって、前記補正手段は、前記軌道情報データベースをアクセスして前記仮の現在位置情報が示す位置から所定の範囲内にあり、前記方位情報に最も近い方位に対応する位置を得る検索手段を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の位置情報取得装置であって、前記地磁気センサは３軸方向に関する磁界の大きさを計測して方位情報を出力することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４の発明は、振り子装置を備える鉄道車両であって、前記鉄道車両の仮の現在位置を求める位置特定装置と、前記鉄道車両に設置され、所定の軸方向の磁界の大きさを検知する地磁気センサと、前記地磁気センサが得た磁界の大きさに基づき、前記鉄道車両の進行方向に関する情報である進行方向情報を得る計算手段と、前記進行方向情報に基づいて前記位置特定装置が求めた仮の現在位置を補正する補正手段とを具備し、前記振り子装置は、前記補正手段により補正された前記鉄道車両の現在位置に基づいて前記車両を傾斜させることを特徴とする鉄道車両である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、地磁気の情報によって走行中の鉄道車両等の現在位置の補正を行うため、正確に現在位置を計測することができる効果がある。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、位置情報の示す位置の近傍を現在位置の候補とするため、元々の位置情報がある程度の精度を持っている場合には、これを一層高いものとすることができる効果がある。
【００１４】
また、請求項３の発明によれば、位置情報の補正を一段高い精度で行うことができる効果がある。
【００１５】
また、請求項４の発明によれば、正確な位置情報を得ながら振り子装置が車両を傾斜させるため、運行時間の短縮と乗り心地の向上を図ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態における鉄道車両に搭載される位置情報取得装置１００と、位置情報取得装置１００の処理結果に基づいて動作する鉄道車両の振り子装置２００とを表している。位置情報取得装置１００のＧＰＳ１１０は人工衛星からの電波信号を利用して鉄道車両の位置情報を得る。ヨーレートセンサ１２０は鉄道車両の傾きの大きさを得る。回転数積算装置１３０は鉄道車両の車輪の回転数を積算して走行距離を得る。地磁気センサ１４０は地磁気（地球の磁界）の方向に対する鉄道車両の進行方向のなす角度を得る。
【００１７】
図２は地磁気センサ１４０の構成を表している。Ｘ軸センサ１４５と、Ｙ軸センサ１４６とは互いに直交する所定のＸ軸・Ｙ軸の各々の軸方向の磁界の大きさを検出してアナログ信号を生成し、出力する。ここでは、Ｘ軸及びＹ軸は車両の床面に平行な面内にある。
【００１８】
切換手段１４４はＸ軸センサ１４５と、Ｙ軸センサ１４６とが生成したアナログ信号を予め決められた時間間隔で順次交互に切り替えて入力し、このアナログ信号を増幅部１４３へ出力して増幅処理させる。Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ）１４２は増幅部１４３によって増幅処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）１４１を経由して位置特定装置１５０へ出力する。
【００１９】
軌道情報データベース１６０は図４に示す地磁気テーブルを格納する記憶領域である。この地磁気テーブル中の「座標」は鉄道車両の実際の位置を座標表現した位置情報であり、「角度」は「座標」が表す実際の場所における鉄道車両の進行方向と、地磁気の方向とのなす角度を表現した地磁気方位情報である。
【００２０】
また、軌道情報データベース１６０は図７に示すカントテーブルも格納する。このカントテーブル中の「座標」は鉄道車両の位置を座標表現したものであり、「カント」は「座標」が表す場所における軌道の傾斜角度である。
【００２１】
位置特定装置１５０は符号１１０〜１４０の各センサ及び各装置からデータを入力し、鉄道車両の位置情報を得て出力する。振り子装置２００は位置情報取得装置１００から位置情報を入力し、当該位置情報のカントを前述のカントテーブルから得て、鉄道車両の傾斜角度を決定して傾斜させる。
【００２２】
次に、図を参照して本実施の形態における処理の流れを説明する。図３は本実施の形態における処理の流れを表している。いま、鉄道車両が軌道上を走行している。当該鉄道車両の振り子装置２００は車両の傾斜角度を得るため、位置情報取得装置１００に現在位置を表す現在位置情報の取得を要求する。
【００２３】
位置情報取得装置１００の位置特定装置１５０は振り子装置２００からの指示を受け、従来の技術と同様にＧＰＳ１１０と、ヨーレートセンサ１２０と、回転数積算装置１３０とからデータを得て、鉄道車両の現在位置の座標を得る（図３のステップＳ０１）。
【００２４】
次に、位置特定装置１５０は先ほど得た座標の精度を一層正確なものとするため、地磁気センサ１４０からＸ軸方向と、Ｙ軸方向との磁界の大きさを得る（図３のステップＳ０２）。そして、位置特定装置１５０は先ほど得たＸ軸方向と、Ｙ軸方向との磁界の大きさから、図４に示すように鉄道車両の進行方向が地磁気に対してなす角度の大きさである正の実数θを計算する（図３のステップＳ０３）。このθは、地磁気の方向に対する当該鉄道車両の進行方向を表す情報である。
【００２５】
次に、位置特定装置１５０は軌道情報データベース１６０中の図４に示す形式の地磁気テーブルをアクセスし、地磁気テーブル中の「座標」と、先ほど得た鉄道車両の現在位置の座標との間の距離を二乗和の平方根により計算し、この距離が最も小さな値となる「座標」である（Ｘ０、Ｙ０）を得る（図３のステップＳ０４）。
【００２６】
次に、位置特定装置１５０は、図６中の破線が示すように先ほど得た（Ｘ０、Ｙ０）から予め決められた十分近い距離の範囲内に存在する複数の「座標」を図４の地磁気テーブルから検索し、得られた「座標」に対応する「角度」と、θとを比較する。そして、位置特定装置１５０はこの比較の結果から、最もθに近い「角度」であるρを地磁気テーブルから検索して読み出す（図３のステップＳ０５）。
【００２７】
次に、位置特定装置１５０は、ρに対応する「座標」を図４に示す形式の地磁気テーブルから読み出し（図３のステップＳ０６）、この「座標」を現在位置を表す現在位置情報として振り子装置２００へ出力する。このように、位置特定装置１５０は既存の技術と同様にＧＰＳ１１０と、ヨーレートセンサ１２０と、回転数積算装置１３０とから得たデータを元に鉄道車両の現在位置の座標を計算し、更に、地磁気センサ１４０の計測結果を反映させることにより、一層の精度の向上を図っている。
【００２８】
振り子装置２００は位置情報取得装置１００からデータを入力し、図７に示す軌道情報データベース１６０中のカントテーブルをアクセスし、現在位置付近のカントを読み出して鉄道車両を適切に傾斜させる。
【００２９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施の形態において地磁気センサ１４０は２軸方向の磁界の大きさを検知したが、図５に示すように３軸方向の磁界の大きさを計測しても良い。図４に示す地磁気テーブルが「角度」に加えて仰角も格納し、位置特定装置１５０が地磁気の方向と車両の進行方向との仰角も比較の対象とすることにより、一層の精度向上を図ることができる効果がある。
【００３０】
また、本実施の形態においては、位置特定装置１５０が従来の技術と同様にＧＰＳ１１０と、ヨーレートセンサ１２０と、回転数積算装置１３０とから得たデータを元に鉄道車両の現在位置の座標を計算し、更に、地磁気センサ１４０の計測結果を得られた現在位置の座標に反映させたが、地磁気の情報を最後に反映させる代わりにこれら４種類のデータに基づいて現在位置を計算してもよい。さらに、位置特定装置１５０は、これら４種類のデータに重み付けをしても良い。例えば、トンネルの多い路線ではＧＰＳ１１０から得られるデータは必ずしも正確ではないため、回転数積算装置１３０から得られるデータに大きな重みを置いても良い。
【００３１】
また、本実施の形態においては、位置特定装置１５０が既存の位置特定装置と同様にＧＰＳ１１０と、ヨーレートセンサ１２０と、回転数積算装置１３０とから得たデータを元に鉄道車両の現在位置の座標を計算し、更に、地磁気センサ１４０の計測結果を得られた現在位置の座標に反映させたが、これらのセンサや装置から得られるデータを予め決められた時間分記録し、その変化の度合いから現在位置を特定しても良い。瞬間値に基づく現在位置の特定に比べ、一層精度を向上させる効果がある。
【００３２】
また、本実施の形態において、位置特定装置１５０が軌道情報データベース１６０から読み出すデータを予め決められた量だけ先読みしても良い。軌道情報データベース１６０中のデータはランダムに読み出されるものではなく、時間の流れに伴い、あるいは鉄道車両の進行に伴って順次読み出されるものである。このため、先読み処理によって処理速度が速くなる効果がある。
【００３３】
また、本実施の形態を高速道路を走行する自動車等に適用しても良い。これにより当該自動車はカーブの曲率や自動車の速度に応じて自動車がサスペンションを制御することができるため、安全性と乗り心地を一層向上させることができる効果がある。
【００３４】
また、本実施の形態において、位置特定装置１５０が図３のステップＳ０５で「座標」を検索する際に基準とする予め決められた十分近い距離を、外部から指定可能としても良い。ＧＰＳ１１０等の精度や利用可能な場所がどれほどあるか等の条件に応じて地磁気の利用の程度を調整できるため、地磁気による補正の程度を柔軟に変更できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態における位置情報取得装置の構成を表すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態における位置情報取得装置が使用する地磁気センサの構成を表す図である。
【図３】この発明の実施の形態における位置情報取得装置の処理の流れを表すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態における位置情報取得装置が使用するデータを表す図である。
【図５】この発明の実施の形態における位置情報取得装置の使用する地磁気センサの検知する地磁気の成分を表す図である。
【図６】この発明の実施の形態における位置情報取得装置が地磁気センサの検知結果との比較処理を表す図である。
【図７】この発明の実施の形態における位置情報取得装置から処理結果を得る振り子装置が使用するデータを表す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００…位置情報取得装置、１１０…ＧＰＳ、１２０…ヨーレートセンサ、１３０…回転数積算装置、１４０…地磁気センサ、１４１…Ｉ／Ｆ、１４２…Ａ／Ｄ、１４３…増幅部、１４４…切換手段、１４５…Ｘ軸センサ、１４６…Ｙ軸センサ、１５０…位置特定装置（補正手段、計算手段、検索手段）、１６０…軌道情報データベース、２００…振り子装置
【図１】
2006101578.tif 000003
【図２】
2006101578.tif 000004
【図３】
2006101578.tif 000005
【図４】
2006101578.tif 000006
【図５】
2006101578.tif 000007
【図６】
2006101578.tif 000008
【図７】
2006101578.tif 000009